劉雙鳳

【摘 要】本文以高烈度區(qū)雙層水池為背景，利用設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析其地震響應(yīng)情況，對(duì)不同軟件計(jì)算得出的地震響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析，并對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱部位[1]采取適當(dāng)構(gòu)造措施，為同類(lèi)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】雙層水池;地震響應(yīng);薄弱部位

本工程為雙層水池，結(jié)構(gòu)形式特殊，計(jì)算時(shí)需采取不同措施：利用YJK軟件以層為概念按建筑物建立計(jì)算模型，利用MIDAS有限元軟件按水池構(gòu)筑物建立有限元分析模型，根據(jù)兩種軟件計(jì)算的差異情況進(jìn)行分析。

一、分析參數(shù)

本工程由上下兩層水池架空布置而成，長(zhǎng)x寬：35.8m x 31.9m，結(jié)構(gòu)高度：地上15米，地下5.8米，下層水池底板標(biāo)高-5.8m， 頂標(biāo)高2.55m，上層水池底標(biāo)高6.65m，頂標(biāo)高15m。兩層水池中間架空4.1m，架空層設(shè)置剪力墻，厚度同池壁500厚，上層水池底板為500厚，每層水池均布置六格水池，每層水池深度為8.32m，水深8m，基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)。砼采用C40高強(qiáng)砼。

持力層為粉土層，承載力特征值為140Kpa。

1.1地震荷載工況

地震重力荷載代表值需考慮以下參數(shù)：

A：恒載;包括樓板自重，面層荷載，水池池底濾料承托層荷載，墻重及鋼屋面荷載;

B：活載;包括樓面活荷載及水荷載;計(jì)算地震響應(yīng)時(shí)將池內(nèi)水荷載總質(zhì)量集中于池壁4個(gè)角部中點(diǎn)深度處;池內(nèi)水荷載地震重力荷載代表值活載組合值系數(shù)取1.0。

C：滿(mǎn)水和部分空格工況

根據(jù)工藝提資：上層6格中隨機(jī)2格停水檢修，下層濾池東西2格同時(shí)停水檢修考慮。計(jì)算時(shí)取對(duì)抗震最不利的荷載偏心布置。

二、分析結(jié)果

2.1地震周期對(duì)比

2.2振型

兩種軟件計(jì)算出來(lái)的振型模態(tài)基本一致，即Y向?yàn)榈谝黄絼?dòng)，X向?yàn)榈诙絼?dòng)，第三振型均為扭轉(zhuǎn)振型。

2.3地震位移（mm）

從上述結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)的地震周期和地震位移結(jié)果都不是很大，由于架空層采用500厚同池壁厚度的剪力墻，增加了結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度，使之能夠抵抗水平地震荷載，兩個(gè)方向的地震響應(yīng)情況接近，說(shuō)明兩個(gè)方向抗側(cè)剛度基本一致。

但從上述結(jié)果中midas計(jì)算出來(lái)的地震響應(yīng)結(jié)果比YJK的結(jié)果大一些，由于YJK模型中將本工程視為“房屋結(jié)構(gòu)體系”，即層概念，地下一層水池視為地下室，對(duì)上部結(jié)構(gòu)形成一定的嵌固作用。而Midas模型中將本工程視為水池構(gòu)筑物，沒(méi)有層的概念，設(shè)置支座時(shí)僅考慮底板土的彈性支撐作用，不考慮周邊土對(duì)地下結(jié)構(gòu)的有效嵌固作用，因此結(jié)構(gòu)相比前者較“柔”。另外，后者忽略地下周邊土對(duì)豎壁有效嵌固作用，地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)比前者要大。除了上述影響因素外，還有就是兩種軟件考慮的地震質(zhì)量重心高度不一樣，由于本工程水荷載較大，而YJK軟件僅考慮將水荷載轉(zhuǎn)化為樓面標(biāo)高處的質(zhì)量，Midas則考慮水荷載的重心高度處的質(zhì)量，盡管質(zhì)量相同，但是質(zhì)量所在的高度不同，后者考慮的質(zhì)量重心高度比前者高，故周期也會(huì)比前者長(zhǎng)。

2.4地震薄弱層[1]分析

本工程結(jié)構(gòu)屬于“頭重腳輕”，質(zhì)量分布極度不均勻，對(duì)抗震極為不利，地震荷載作用下，該層容易最早出現(xiàn)破壞，因此架空層成為抗震相對(duì)薄弱的一層，即“薄弱層[1]”。

從YJK數(shù)據(jù)可知，第二層架空層抗剪承載力出現(xiàn)突變，由此可見(jiàn)，第二層架空層是結(jié)構(gòu)的薄弱層，以架空層某片剪力墻豎向內(nèi)力分析為例，地震荷載產(chǎn)生的豎向力占豎向內(nèi)力組合值的28%左右，而風(fēng)荷載僅占1%，由此可見(jiàn)地震荷載對(duì)于薄弱層設(shè)計(jì)影響不容忽視。

由Midas分析結(jié)果可看出，地震荷載作用下薄弱層應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)突變，本層應(yīng)力比上下層都要大，邊角部位會(huì)出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象，受力情況復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)這些區(qū)域重點(diǎn)關(guān)注并采取構(gòu)造加強(qiáng)措施。由于該層的存在，地震荷載作用下結(jié)構(gòu)頂部位移特別是扭轉(zhuǎn)位移效應(yīng)明顯，因此加強(qiáng)本層的剛度和強(qiáng)度是本工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于復(fù)雜雙層水池必須采取構(gòu)造加強(qiáng)措施：

a.提高剪力墻抗震構(gòu)造措施等級(jí)、剪力墻邊緣構(gòu)件從底到頂均通長(zhǎng)設(shè)置的構(gòu)造措施加強(qiáng)薄弱層強(qiáng)度;

b.剪力墻頂?shù)自O(shè)置通長(zhǎng)暗梁、擴(kuò)大剪力墻邊緣構(gòu)件范圍以及增加邊緣構(gòu)件配筋率，采用高標(biāo)號(hào)砼，高強(qiáng)鋼筋等一系列構(gòu)造措施緩解地震荷載作用下剪力墻邊角部位出現(xiàn)的應(yīng)力集中。

c.每層水池頂部環(huán)形走道挑板采取加厚處理形成水平加勁肋作用、每格水池頂部增加四角構(gòu)造斜筋等構(gòu)造措施限制結(jié)構(gòu)在地震作用下過(guò)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng);

d.合理布置剪力墻使兩個(gè)方向抗側(cè)剛度接近以減少偶然偏心產(chǎn)生的不利影響。

e.基礎(chǔ)采用大面積筏板基礎(chǔ)，可以有效減小基礎(chǔ)的不均勻沉降作用以及保證在水平地震作用下基底不會(huì)出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)的情況。同時(shí)在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中注意不應(yīng)忽視地震時(shí)出現(xiàn)的動(dòng)土壓力[3]和動(dòng)水壓力[3]，水池壁板配筋時(shí)應(yīng)考慮這一內(nèi)力增大后引起的配筋增加。

對(duì)于高烈度區(qū)多層復(fù)雜水池結(jié)構(gòu)，計(jì)算上需要采取多種計(jì)算措施，當(dāng)計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)大的偏差時(shí)，應(yīng)分析原因，同時(shí)針對(duì)薄弱層采取相應(yīng)的構(gòu)造加強(qiáng)措施，這樣才能保證結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確和結(jié)構(gòu)安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]： 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010（2016年版） ?2016.08 .01

[2]： ?文保軍1 梁興文2 侯麗娜3. 鋼筋混凝土剪力墻塑性鉸區(qū)受剪承載力分析 2007.10.28

[3]： 《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》建筑工業(yè)出版社 ?2017.01 .01